专利名称：具有对电场进行构型的屏板的绝缘结构的制作方法
技术领域：
本发明的主题是一种具有对电场进行构型(shaping)的屏板(screen) 的绝缘结构，该绝缘结构可应用于高压套管、高压电缆、电缆附件以及 测量仪表-特别是仪表变压器中。
背景技术：
在高压电力设备及其部件中，经常用到电绝缘系统，电绝缘系统中 设置有导电元件，所述导电元件用于对该电力设备或其部件的带电元件 产生的电场进行构型。用于对电场进行构型的元件放置在绝缘材料中， 其典型地具有确定电场的适当分布的屏板的形式。在诸如电流、电压的 测量设备或组合仪表变压器中的高压套管、高压电缆、电缆附件以及连 接导体的制造和操作中，电场的适当分布是非常重要的。用于对电场进 行构型的屏板通常具有置于绝缘材料层之间的导电薄板的形式。这些薄 板最常见地由铝箔制成。有时也使用由传导电流的导电纸或纤维制成的 导电屏板。最常见地由绝缘纸板制成的绝缘材料与导电屏板一起缠绕着 导体，然后用变压器油或可硬化树脂形式的绝缘材料对其进行浸渍。通 常情况下，在浸渍之前，绝缘材料都经过了干燥处理。
为了在绝缘结构的横截面中获得电场的均匀分布，应该满足一些条
个^面上维持恒定的电势。这些条件取一决于屏板之间的电:、单个屏板 的尺寸、它们的阻抗、特别是电阻、以及对电场进行适当构型所需的最 大频率。
英国专利说明书No.GB991546公开了 一种用于绝缘高压设备的高 压绝缘结构，该高压绝缘结构含有由绝缘薄板层构成的绝缘框架，所述 绝缘薄板层以如下方式形成 一层的总体厚度是基本薄板材料的厚度的 很多倍并且薄板材料仅占据该框架内部的总体容积的一部分。绝缘薄板 与导电薄板之间的空间中填充有介电材料。绝缘薄板由能够容易地用油 或其他流体浸渍的诸如纸之类的吸附材料制成或者由诸如聚合材料之 类的非吸附材料制成。绝缘层之间放置有例如导电箔形式的导电薄板，其支撑在形成绝缘框架的褶皱式绝缘薄板的褶缺的顶部上。
放置在绝缘材料层之间的金属箔形式的导电薄板广泛应用于电绝 缘结构中。这种绝缘结构在各种设计形式的高压套管中的应用的示例记
载于下列专利说明书中:US3875327 ， US4362897 , US4338487 , US4387266, US4500745以及GB1125964。
曰本专利说明书JP01283716公开了一种铸造套管，在该铸造套管 中导电薄板由表面上具有例如导电涂层形式的导电层的纤维或无纺布 制成。
专利申请WO2006/001724公开了另 一种类型的高压绝缘件。在所 记载的技术方案中，高压套管通过绕着圆柱芯缠绕电绝缘材料层而形 成。用于对套管中的电场进行构型的导电材料薄板放置在那些层之间。 至少一个导电材料薄板是基于纸、纤维或无纺布制成的结构，并且其含 有导电颗粒，所述导电颗粒悬浮在其中并形成渗流网络，从而在薄板层 中进行导电。所述导电颗粒基本上为长形，并且其所具有的尺寸使得其 长度与最大宽度尺寸的比例大于10。
金属薄板在高压部件中作为用于对电场进行构型的屏板使用，而环 氧树脂在高压部件中被用作绝缘材料，由于金属箔与环氧树脂的热膨胀 系数存在差异，使得在树脂硬化的过程中产生了机械应力。这些应力到 生产过程结束之后还持续存在，并且这些应力特别是在这些部件在非常 低的温度下工作时显现出来。
由金属箔制成的导电薄板的特征在于典型地具有非常高的电导率。 这种特性再加上整个绝缘系统中的薄板的几何布置可导致该系统中产 生频率高且品质因数非常大的电磁共振。在这些系统中被激励的共振可 引起局部过电压，从而导致绝缘件受损。触发这种振荡的激励源可出现 在包括产生高频率的半导体变流器的系统中(例如在DC电压传输中使 用的系统中、风力发电站中、或工业电力系统中)。
另 一 方面，典型地基于碳材料的涂层的低电导率限制了在高压设备 中使用这种涂层形式的导电薄板，尤其是在因为相对较快的瞬态-例如 雷电沖击或斩波而需要对电场进行构型的应用场合中。
应用由含有导电颗粒的材料制成的导电薄板会产生如下风险即这 些颗粒在切割成合适形状的薄板的过程中被释放。这些颗粒渗入绝缘材 料中会弱化绝缘结构的介电性能。
发明内容
具有对电场进行构型的屏板的绝缘结构包括电绝缘材料层，所述电 绝缘材料层之间放置有导电薄板，该导电薄板具有对高压电力设备中的 电场进行构型的屏板的功能，该绝缘结构的本质在于，所述导电薄板包 括电绝缘基层，该电绝缘基层的结构是多孔的、可浸渍的并且能够沿平 行于薄板平面的方向^皮压缩，并且该基层的至少一个表面具有极大的展 开表面且涂覆有金属层。
优选地，该金属层的厚度比所迷多孔结构和所述展开表面结构的孔 的尺寸小很多倍。
优选地，该电绝缘基层具有电工级纤维素绝缘纸的形式。
优选地，由纤维素绝缘纸制成的该基层的特征是具有如下孔隙度
该纸的透气系数大于0.5 jum/ (Pa s)。
优选地，该电绝缘基层具有由聚合物纤维制成的无纺布的形式。 优选地，该电绝缘基层具有聚合物泡沫材料层的形式，该聚合物泡
沫材料带有敞开的孔。
优选地，该金属层基本上由铝、银、铜、锌、镍、锡、钛或这些金
属构成的合金制成。
优选地，所述电绝缘材料层由电工级绝缘纸制成。
优选地，所述电绝缘材料层由聚合织物制成，更优选地由聚酯织物制成。
优选地，具有对电场进行构型的屏板的所述绝缘结构浸渍有电绝缘油。
优选地，具有对电场进行构型的屏板的所述绝缘结构浸渍有可硬化 树脂。
优选地，该金属层的厚度在从5nm到200nm的范围内。
优选地，所述电绝缘材料层由缠绕在导电元件上的至少一条带制成。
优选地，具有对电场进行构型的屏板的所述绝缘结构是高压套管的 绝缘件。
优选地，具有对电场进行构型的屏板的所述绝缘结构是高压仪表变 压器的连接导体的绝缘件。根据本发明的结构的优点是金属层在平行于该基层的涂有该金属 层的表面平面的方向上具有弹性，这是金属层的该表面的展开性以及基 层的可压缩性产生的结果，这使得整个结构能够不受限制地热膨胀和收
缩，而不会释放才几4戒应力。
具有特定厚度和展开表面的金属层形式的导电薄板的有效电导率 小于相同厚度的平坦表面的电导率。而且，对于沉积在具有展开表面的 绝缘基层上的涂层形式的金属层而言，金属层的厚度可以比金属箔小很 多。这使得能够将电导率减小至对给定设备部件中发生的共振系统的品 质因数起限制作用的值，从而防止发生由非常高的频率源产生的过电 压。
同时，使用金属层能够获得比基于碳材料的涂层大很多并且足以在
将导^薄板(其中该导电层为连续金属层形式)切割成合适形状的 操作不会导致在切割边缘处释放导电颗粒，因此大大减小了这些颗粒渗 入绝缘材料并弱化绝缘结构的介电性能的风险。
本发明的示例性实施方式示出在附图中，其中图l示出了该结构 的在与绝缘层和导电薄板的表面垂直的平面中的横截面，以及图2是导 电薄板和电绝缘材料层的截面的放大图。
具体实施例方式
在该实施方式中，每个电绝缘材料层由厚度100 um的电工级(electric
grade)纤维素绝缘纸1制成，该电工级纤维素绝缘纸1被制成总厚度为0,3mm
至0.5mm的皱紋纸。该纸的皱紋结构没有在附图中示出。导电薄板2包括电
绝缘基层，该电绝缘基层是厚度为30 n m至70 M m且为多孔结构的电工级绝
缘纸3的形式，使得该纸的透气系数不小于0.5ium/ (Pa . s)。替代性地，
也可使用厚度为70lum至150nm且透气系数至少10 n m/ ( Pa s )的纸张
所提到的每种类型的纸张的特征在于由纤维素纤维网形成的极大展开的表面 结构，并且这种纸张中的大部分孔的平均尺寸在5 ym至50jum内。这种级
另ij的纤维素纸的多孔结构使得它们能够沿平行于纸板平面的方向被压缩。该
电工级绝缘纸(其构成该基层)的一个表面涂覆有10nm至30nm厚的铝层4，同时所获得的导电层的表面电阻在每平方1Q至IOQ的范围内。
在该实施方式中，绝缘结构形成为缠绕导电芯的缠绕件(图中没有示 出)，该皱紋纸作为一条带被缠绕，并且导电薄板放置在皱紋纸的层之间。 由此形成的绝缘结构用环氧树脂进行浸渍，然后硬化。在硬化之后，该绝缘 结构被用作高压套管的绝缘芯。
在另一个实施方式中，该绝缘结构的电绝缘材料层由40ym至lOOium 厚的光滑缠绕型电工级绝缘纸制成。导电薄板以与前述示例相同的方式制成。 该绝缘结构被制成为缠绕件的形式(图中没有示出)，该缠绕件缠绕着高压 仪表变压器的结构中的一个导体连接件。接下来用电绝缘油浸渍以这种方式 制成的用于仪表变压器中的绝缘结构。
在另一个实施方式中，电绝缘材料层由厚度在50iJm至500lam之间的 电工级聚合织物制成，例如由聚酯制成。导电薄板以与前述示例相同的方式 制成。该绝缘结构形成为缠绕着导电芯的缠绕件(图中没有示出)，聚合织 物作为一条带被缠绕，并且导电薄板放置在绝缘聚合织物的层之间。由此形 成的绝缘结构用环氧树脂进行浸渍，然后硬化。在硬化之后，该绝缘结构被 用作高压套管的绝缘芯。
在另一个实施方式中，导电薄板由无纺织物制成，该无纺织物由厚度为 10 |u m至100 m m并且平均孔尺寸在50 n m到2000 ju m范围内的聚酯纤维制 成。该无纺织物的至少一侧涂覆有5nm至50nm厚的金属层，优选是铝层， 而电绝缘材料层以与前述示例之一相同的方式制造并缠绕。
在又一个实施方式中，导电薄板由具有敞开的孔的聚酯泡沫材料板制 成，该板至少在一側上涂覆有铝层。
权利要求
1.一种具有对电场进行构型的屏板的绝缘结构，所述绝缘结构包括多个电绝缘材料层，所述电绝缘材料层之间放置有导电薄板，所述导电薄板具有对高压电力设备中的电场进行构型的屏板的功能，所述绝缘结构的特征在于，所述导电薄板包括电绝缘基层，所述电绝缘基层的结构是多孔的、可浸渍的并且能够沿平行于薄板平面的方向被压缩，并且所述基层的至少一个表面具有极大的展开表面且涂覆有金属层。
2. 根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属层的厚度 比所述多孔结构和所述展开表面结构的孔的尺寸小很多倍。
3. 根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述电绝缘基 层具有电工级纤维素绝缘纸的形式。
4. 根据权利要求3所述的结构，其特征在于，由纤维素绝缘纸制 成的所述基层的特征是具有如下孔隙度所述纸的透气系数大于0.5 n m/ ( Pa s )。
5. 根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述电绝缘基 层具有由聚合物纤维制成的无纺布的形式。
6. 根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述电绝缘基 层具有聚合物泡沫材料层的形式，该聚合物泡沫材料带有敞开的孔。
7. 根据权利要求1-6所述的结构，其特征在于，所述金属层基本 上由铝、银、铜、锌、镍、锡、钛或这些金属构成的合金制成。
8. 根据权利要求1-7所述的结构，其特征在于，所述电绝缘材料 层由电工级绝缘纸制成。
9. 根据权利要求1-8所述的结构，其特征在于，所述电绝缘材料 层由聚合织物制成，优选地由聚酯织物制成。
10. 根据权利要求1-8所述的结构，其特征在于，具有对电场进 行构型的屏板的所述绝缘结构浸渍有电绝缘油。
11. 根据权利要求1-9所述的结构，其特征在于，具有对电场进 行构型的屏板的所述绝缘结构浸渍有可硬化树脂。
12. 根据权利要求1 - 11所述的结构，其特征在于，所述金属层的 厚度在从5nm到200nm的范围内。
13. 根据权利要求1 - 12所迷的结构，其特征在于，所述电绝缘材 料层由缠绕在导电元件上的至少一条带制成。
14. 根据权利要求13所述的结构，其特征在于，具有对电场进行 构型的屏板的所述绝缘结构是高压套管的绝缘件。
15. 根据权利要求13所述的结构，其特征在于，具有对电场进行 构型的屏板的所述绝缘结构是高压仪表变压器的连接导体的绝缘件。
全文摘要
本发明的主题是具有对电场进行构型的屏板的绝缘结构，该绝缘结构可应用于高压套管、高压电缆、电缆组件以及测量仪器-特别是仪表变压器中。根据本发明的结构包括电绝缘材料层，所述电绝缘材料层之间插置有导电薄板，所述导电薄板是对高压电力设备中的电场进行构型的屏板，该绝缘结构的特征在于，所述导电薄板由绝缘基层制成，该绝缘基层具有多孔结构、是可浸渍的并且能够沿平行于薄板平面的方向被压缩，并且该基层的至少一个表面为极大展开的表面且涂覆有金属层。
文档编号H01B17/28GK101568976SQ200780048373
公开日2009年10月28日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月28日
发明者J·罗克斯, J·齐泽夫斯基, N·科克, P·伯齐恩斯基 申请人:Abb研究有限公司